Номер 2, страница 73 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян, Остроумов

§ 15. Водород. Глава 2. Важнейшие представители неорганических веществ. Количественные отношения в химии - номер 2, страница 73.

2. Сравните получение, собирание и распознавание кислорода и водорода.

Получение

Сравнение способов получения кислорода и водорода в лабораторных и промышленных условиях.

• Кислород ($O_2$) в лаборатории чаще всего получают реакциями разложения сложных веществ, богатых кислородом. Наиболее распространены:
  • Разложение пероксида водорода ($H_2O_2$) в присутствии катализатора (оксида марганца(IV)):
    $2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2\uparrow$
  • Термическое разложение перманганата калия ($KMnO_4$):
    $2KMnO_4 \xrightarrow{t} K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2\uparrow$
  В промышленности кислород получают в основном из сжиженного воздуха методом фракционной перегонки.
• Водород ($H_2$) в лаборатории получают реакциями замещения, в которых более активные металлы вытесняют водород из кислот или воды. Типичный пример (в аппарате Киппа):
  • Взаимодействие цинка ($Zn$) с соляной кислотой ($HCl$):
    $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2\uparrow$
  В промышленности водород получают конверсией метана с водяным паром или электролизом воды.

Сходство: И кислород, и водород можно получить одним и тем же методом — электролизом воды. При этом кислород выделяется на аноде, а водород — на катоде.
$2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2H_2\uparrow + O_2\uparrow$

Различие: Основные лабораторные способы получения различны по типу реакции: для кислорода — реакции разложения, для водорода — реакции замещения. Промышленные источники сырья также кардинально отличаются: воздух для кислорода и природный газ (или вода) для водорода.

Ответ: Кислород в лаборатории получают разложением (например, $H_2O_2$ или $KMnO_4$), а водород — замещением (металл + кислота). Общий метод для обоих — электролиз воды. В промышленности кислород получают из воздуха, а водород — из природного газа.

Собирание

Способы собирания газов основаны на их физических свойствах: плотности относительно воздуха и растворимости в воде.

• Кислород ($O_2$): Молярная масса кислорода ($M(O_2) \approx 32$ г/моль) больше средней молярной массы воздуха ($M_{возд.} \approx 29$ г/моль). Поэтому кислород тяжелее воздуха. Его можно собирать методом вытеснения воздуха, располагая сосуд-приемник отверстием вверх. Кислород плохо растворим в воде, поэтому его также можно собирать методом вытеснения воды.
• Водород ($H_2$): Молярная масса водорода ($M(H_2) \approx 2$ г/моль) значительно меньше молярной массы воздуха. Это самый легкий газ. Его собирают методом вытеснения воздуха, располагая сосуд-приемник отверстием вниз (дном вверх). Водород практически нерастворим в воде, что также позволяет собирать его методом вытеснения воды.

Сходство: Оба газа плохо растворимы в воде, поэтому их обоих можно собирать методом вытеснения воды.

Различие: Из-за разной плотности по отношению к воздуху их собирают методом вытеснения воздуха по-разному: сосуд для сбора кислорода (тяжелее воздуха) держат отверстием вверх, а для водорода (легче воздуха) — отверстием вниз.

Ответ: Оба газа можно собирать над водой. При собирании вытеснением воздуха сосуд для кислорода держат дном вниз (тяжелее воздуха), а для водорода — дном вверх (легче воздуха).

Распознавание

Распознавание (качественное определение) газов основано на их характерных химических свойствах.

• Кислород ($O_2$) является сильным окислителем и активно поддерживает горение. Для его распознавания в сосуд с газом вносят тлеющую лучинку. В присутствии кислорода лучинка ярко вспыхивает.
• Водород ($H_2$) — горючий газ. При смешивании с кислородом (воздухом) в определенных пропорциях образует взрывоопасную смесь, называемую "гремучим газом". Для распознавания водорода к отверстию сосуда с газом подносят горящую лучинку. Если водород чистый, слышится тихий хлопок ("пшик"), а если он смешан с воздухом — резкий "лающий" звук (взрыв). Реакция горения водорода: $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$

Сходство: В обоих качественных реакциях используется деревянная лучинка.

Различие: Для распознавания кислорода используется тлеющая лучинка, которая в его атмосфере вспыхивает. Для распознавания водорода используется горящая лучинка, которая вызывает хлопок или взрыв. Таким образом, тесты основаны на противоположных свойствах: кислород поддерживает горение, а водород сам горит.

Ответ: Кислород распознают по вспыхиванию тлеющей лучинки. Водород распознают по характерному хлопку или "лающему" звуку при поднесении горящей лучинки.